[发明专利]乙炔和合成气的制备

说明书

本发明涉及制备乙炔和合成气的方法。

一些乙炔的非催化制备方法是以烃的热解或部分氧化为基础的。此处合适的原料是短链类，在甲烷的C区域，最高为原油的长链化合物。一种方法进展，浸没-火焰法，使高沸点馏分，如残油另外被应用成为可能。原则上，热力学和动力学参数对于制备乙炔的热解或氧化法反应条件的选择具有决定性的作用。相应方法的重要先决条件是在高温快速供应能量-最高反应温度必须高于1400℃-短至10^-2至10^-3秒的原料或反应产物的残留时间，乙炔的低分压和形成气体的快速骤冷。在热解和部分氧化时，以气体混合物，已知为裂解气的形式产生乙炔。裂解气一般含有约5至20％体积的乙炔。后者通过选择性溶剂，如N-甲基吡咯烷酮，二甲基甲酰胺，煤油，甲醇或丙酮从裂解气提取出来，并进一步纯化。

制备乙炔的各种方法与其是在高反应温度的产生方面不同。热量的供应和转移在此扮演决定性的角色。在原理上不同的两类方法可以如下区分：

A他供热的热解法，一般用电热

B自供热法，其中从原料的部分燃烧产生的热量被用于氧化性热解

关于A：

这包括电弧法。在此方法中，具有最高200℃沸点的烃在长约1m，其中心温度最高达到20000℃的稳定电弧的帮助下热解。在“炉子”的终端，气体混合物具有约1.2bar的操作压力，约1800℃的温度，通过喷入水中使温度迅速降低至约100℃。在燃炉带中的残留时间是几毫秒，乙炔或乙烯(在乙烯的情况下，一般只用烃预骤冷)的产率达到每用1.8吨烃，分别得到1.0或0.42吨。另一电弧法已经在两个试验厂试验过。H₂作为热传导介质在电弧中首先被加热至3000至4000℃，并在工艺中以30至65％的程度离解为原子。在后续的反应器中，从甲烷至原油的所有类型的烃类都可以被喷入等离子体中并裂解。裂解气被迅速骤冷并分离。在使用轻质汽油时，如果副产物被循环到裂解工艺中，乙炔/乙烯产率约为80％。在裂解气中乙炔的浓度几乎达到14％体积。

关于B：

为此目的而开发的自供热裂解法适合于诸如甲烷，液化气或轻质汽油的原料。在世界范围所建立的大部分工厂是基于天然气作原料的；只有少数使用石脑油作原料。在工业方法中，甲烷和氧气，例如，分别预热至500至600℃，混合并在特殊的燃炉内进行反应，形成火焰。O₂/CH₄比例被设定为约1∶2，这样的话，只发生不完全燃烧。在火焰中发生一些CH₄的放热氧化和CH₄吸热脱氢二聚为乙炔和氢气。几毫秒的停留时间后，反应气体通过喷入水或骤冷油中骤冷，否则乙炔会分解为碳黑和氢气。但是，碳黑的形成不能完全防止-每100kg乙炔约产生5kg碳黑。乙炔一般用提取剂，如N-甲基吡咯烷酮或二甲基甲酰胺分出。然后进行分级吸收和适当的精馏步骤，分出也溶解的副成分。在裂解气中乙炔的体积比约为8％。基本成分为57％体积的氢气，和26％体积的一氧化碳。这一比例的基本成分代表高度合适的合成气。乙炔的自供热制备常常与合成气的制备关联。

一些所用的术语将被定义如下：

“加热”指导致温度增加的所有手段和方法。介质，例如用于制备乙炔和合成气的起始混合物，可以例如通过点燃(这样引发放热反应)，通过供应能量(例如从外界)或通过在放热反应的同时或之前供应能量(例如预热)而加热。

“起始混合物”指用于制备乙炔/合成气方法的混合物。这可以基本变化，根据所需的合成气的，含有不同的原料。起始混合物常常含有分子氧和/或一种或多种含有元素氧的化合物。分子氧可以以空气，空气/氧气混合物或纯氧气的形式被提供给起始混合物。含有元素氧的化合物可以以蒸汽和/或二氧化碳的形式提供。另外，起始混合物含有一种或多种烃类。起始混合物，尤其是如果将要制备甲醇合成气时，常常含有高比例的天然气，但也包含，例如液化气，如丙烷或丁烷，轻质汽油，如戊烷或己烷，苯或其它芳香烃，热解汽油或油精炼的蒸馏残余物。起始混合物转化为含有乙炔/合成气的混合物被称为热处理。基本的反应类型主要有燃烧(完全氧化)，部分燃烧(部分氧化或氧化性热解)和热解反应(没有氧参见的反应)。“间接冷却”指反应混合物的冷却，其中所用的冷却剂不与反应混合物直接接触。相反地，在“直接骤冷”中，冷却剂直接与反应混合物接触。